электроизоляционный материал

Формула изобретения

Электроизоляционный материал, содержащий слой слюдяной бумаги, одну или две подложки из стеклоткани или стеклоткани и полиэфирной или полиимидной пленки и связующее на основе ненасыщенного полиэфира, полимеризационноспособного разбавителя и перекисного инициатора, отличающийся тем, что связующее содержит ненасыщенный азотсодержащий полиэфир, полученный поликонденсацией малеинового ангидрида и многоатомных спиртов с N-( -оксиэтил)-1,2-амидофталевой, N-( -оксиэтил)-1,2-амидоизометилтетрагидрофталевой, N-( -оксиэтил)-1,2-амидоэндометилентетрагидрофталевой кислотами или их смесями, полимеризационноспособный разбавитель - олигоэфиракрилат, целевые добавки и, возможно, низкомолекулярную эпоксидную смолу в качестве второго связующего, при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

Ненасыщенный азотсодержащий полиэфир	39,6-40,9
Активный разбавитель - олигоэфиракрилат	36,0-48,7
Целевые добавки	2,4-14,0
в том числе
Второе связующее	2,0-12,1
Перекисный инициатор	0,8-1,0

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроизоляционным материалам, предназначенным для изоляции обмоток электрических машин.

Известны электроизоляционные материалы, содержащие слюдяную бумагу, гибкие армирующие подложки и связующее на основе термореактивных смол (авт. св. СССР №240082, кл. Н 01 В 3/02, Н 01 В 3/40, Н 02 К 15/04, 1964 г.; авт. св. РФ №2010367 С1, кл. Н 01 В 3/40,1992 г.; патент ФРГ №1765565, кл. 21 С, 2/02, 1972 г.; патент ГДР №55632, кл. 21 С, 2/02, 1967 г.; патент ГДР №77524, кл. 21 С, 2/02, 1970 г.; патент США №3998983, кл. 427-374, 1977 г.).

В качестве слюдяной бумаги в таких материалах используют бумагу на основе слюды мусковит или флогопит, в качестве подложки - стеклоткани или полимерные пленки, в качестве связующего - клеевые композиции на основе полиэфирных, эпоксидных, кремнийорганических и других смол.

Недостатком таких материалов является низкая жизнеспособность, вследствие чего в процессе изготовления, транспортирования и хранения они становятся жесткими, хрупкими, непригодными для изоляции обмоток. Низкая жизнеспособность известных материалов не позволяет хранить их более трех месяцев и ограничивает сферу их применения, а также требует дополнительных затрат на охлаждение материалов при транспортировании и хранении (авт. св. СССР №794673, кл. Н 01 В 3/04, Н 02 К 3/30, Н 02 К 15/12,1978 г.).

Известны также электроизоляционные материалы, содержащие слой слюдяной бумаги, подложки из стеклоткани и связующее на основе эпоксидной смолы (авт. св. СССР №1474747 А1, кл. Н 01 В 3/4, 1987 г.; авт. св. СССР №1720096 А1, кл. Н 01 В 3/40, 1989 г.).

К недостаткам таких материалов можно отнести малую гибкость и необходимость нагрева их до температуры 60°С и более при наложении на элементы обмотки. Эти материалы невозможно использовать для ручной изолировки, а в случае машинной изолировки намоточные станки должны оснащаться нагревательными устройствами. Кроме того, необходимость нагрева в процессе изолировки ведет к увеличению токсичности из-за повышенного выделения летучих.

Хорошо зарекомендовал себя широко известный электроизоляционный материал, состоящий из слюдяной бумаги, оклеенной с двух сторон стеклотканью или полиэтилентерефталатной пленкой и стеклотканью и пропитанной эпоксиакрилатным связующим следующего состава, вес.ч.:

эпоксидно-диановая смола	100
эндик-ангидрид	37
олигоэфиракрилат ТГМ-3
(диметакриловый эфир триэтиленгликоля)	137

(ТУ 16-91 И02.0168.001ТУ "Ленты слюдинитовые пропитанные марок ЛСК-110-ТПл (СПл, СТ, ТТ), ЛСЭК-5-ТПл (СПл), ЛСК-СС", дата введения 01.01.2003 г.; технологический регламент 05758799.02206.00198 "Лента слюдинитовая пропитанная марок ЛСК-110-ТПл (СПл, СТ, ТТ)", утвержден 30.05.2002 г. - аналог.

Это связующее относится к группе ненасыщенных полиэфиров, т.к. при взаимодействии эпоксидной смолы и ненасыщенного эндик-ангидрида образуется ненасыщенный полиэфир. При этом активные двойные связи эндик-ангидрида в процессе отверждения сополимеризуются с метакрилатными группами олигоэфиракрилата. В этом связующем олигоэфиракрилат ТГМ-3 является полимеризационноспособным разбавителем. При отверждении связующего образуется "сшитый" ненасыщенный полиэфир.

Применение указанного связующего позволяет получать пропитанные слюдинитовые ленты с достаточно высокой гибкостью. Однако нагревостойкость таких материалов не превышает 130°С, а их диэлектрические характеристики при рабочей температуре не высоки.

Вышеуказанные недостатки в основном определяются свойствами связующих. По составу наиболее близким предлагаемому является связующее на основе ненасыщенного азотсодержащего полиэфира, полимеризационноспособного разбавителя и перекисного инициатора, в который для повышения адгезионных свойств введена эпоксидная смола (авт. св. СССР №294839, кл. C 08 g 17/14, 1971 г. - прототип). Однако он не пригоден для получения стеклослюдинитовых лент, т.к. в силу своей химической природы не обеспечивает необходимую гибкость, являясь материалом "жесткого" типа.

Целью изобретения является создание электроизоляционного материала, обладающего высокой нагревостойкостью, электрической и механической прочностью, экологической безопасностью и сохраняющего гибкость в течение длительного срока хранения.

Для достижения этого согласно изобретению предлагается электроизоляционный материал, содержащий слой слюдяной бумаги, одну или две подложки из стеклоткани или стеклоткани и полиэфирной или полиимидной пленки и связующее на основе ненасыщенного полиэфира, полимеризационноспособного разбавителя, перекисного инициатора, включающее ненасыщенный азотсодержащий полиэфир, полученный поликонденсацией малеинового ангидрида и многоатомных спиртов с N - ( -оксиэтил)-1,2-амидофталевой, N-( -оксиэтил)-1,2-амидоизометилтетрагидрофталевой, N-( -оксиэтил)-1,2-амидоэндометилентетра гидрофталевой кислотами или их смесями; полимеризационноспособный разбавитель - олигоэфиракрилат; целевые добавки и, возможно, низкомолекулярную эпоксидную смолу в качестве второго связующего при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

ненасыщенный азотсодержащий полиэфир	39,6-40,9
полимеризационноспособный разбавитель - олигоэфиракрилат	36,0-48,7
целевые добавки	2,4-14,0
в том числе второе связующее	2,0-12,1
перекисный инициатор	0,8-1,0

В качестве многоатомных спиртов используют диэтиленгликоль (связующее №1) или трис-(( -оксиэтил)-изоцианурат (связующее №2). Для реализации данного изобретения также пригодны: триэтиленгликоль; 1,2-пропиленгликоль; 2,2'-диметилолпропан (неопентилгликоль); 1,1,1-триметилолпропан (этриол) и 1,1,1-триметилолэтан (метриол). При этом дифункциональные спирты могут использоваться для эквимольной замены диэтиленгликоля в связующем №1, а трифункциональные - в связующем №2.

В качестве полимеризационноспособного разбавителя - олигоэфиракрилата - преимущественно применяют ТГМ-3 (диметакриловый эфир триэтиленглиголя), также могут использоваться олигоэфиракрилаты МГФ-1 ( , -метакрил-(бис-этиленгликоль)фталат), МГФ-9 ( , -метакрил-(бис-триэтиленгликоль)фталат) и МЭГ (монометакриловый эфир этиленгликоля) или их смеси.

Для повышения термостойкости компаунда и соответственно нагревостойкости электроизоляционного материала часть полимеризационноспособного разбавителя - олигоэфиракрилата - можно заменить на аллиловые эфиры поликарбоновых кислот, в качестве которых могут использоваться диаллилфталат или - изофталат и триаллилцианурат или - изоцианурат.

Целевые добавки могут включать перекисные инициаторы, ускорители и ингибиторы радикальной полимеризации, латентные катализаторы, промоторы адгезии и т.п. обычно применяемые добавки, а также низкомолекулярную эпоксидную смолу.

Связующее согласно изобретению обеспечивает электроизоляционному материалу гибкость и экологическую безопасность, сохраняет его технологические свойства в течение не менее 6 месяцев и обеспечивает высокие диэлектрические и механические свойства изоляции при рабочих температурах 155-180°С, позволяющие использовать его в виде лент или листов для непрерывной или гильзовой изоляции обмоток электрических машин.

В качестве слюдяной бумаги в электроизоляционном материале используют бумагу на основе слюды мусковит или флогопит с поверхностной плотностью от 50 до 160 г/м², в качестве подложки используют стеклоткань с поверхностной плотностью от 25 до 80 г/м² и пленку полиэтилентерефталатную толщиной от 0,008 до 0,02 мм или полиимидную толщиной от 0,03 до 0,04 мм. Вместо полиэтилентерефталатной могут использоваться другие полиэфирные пленки, например полиэтиленнафталатная или поликарбонатная.

Электроизоляционный материал изготавливается на пропиточной машине горизонтального типа с двумя сушильными камерами в две стадии. Готовый электроизоляционный материал поступает на приемный механизм и сматывается в рулон. При необходимости рулон может быть порезан на ролики.

Примеры получения связующего.

Связующее №1.

В реактор помещают (вес.ч) 15,7 изометилтетрагидрофталевого ангидрида. Включают мешалку и в слабом токе инертного газа порциями медленно (во избежание выброса реакционной массы) в течение 1-2 ч загружают 6,0 моноэтаноламина таким образом, чтобы температура в массе не поднималась выше (120±2)°С за счет экзотермичности реакции ангидрида и моноэтаноламина. Полученную таким образом Н-( -оксиэтил)-1,2-амидоизометилтетрагидрофталевую кислоту нагревают за 1,0-1,5 ч до (180±5)°С и выдерживают при этой температуре 2-3 ч до достижения кислотного числа 5 мг КОН/г. Обогрев отключают, реакционную массу охлаждают до (75±5)°С и загружают 12,0 малеинового ангидрида, 9,1 диэтиленгликоля, 0,05 гидрохинона, 0,05 тиурама Д и 0,08 тетра-бутоксититана. Затем включают обогрев и температуру поднимают до 180-185°С. Поликонденсацию ведут при данной температуре до достижения кислотного числа 35-40 мг КОН/г. Полученный таким образом азотсодержащий ненасыщенный полиэфир в количестве 40,9 охлаждают до 120-130°С и сливают в смеситель под слой предварительно ингибированного 0,05 бензохинона 36,0 олигоэфиракрилата ТГМ-3. Раствор охлаждают до 20-30°С и загружают 0,82 свинцово-марганцевого сиккатива ЖК-12, перемешивают в течение 0,5-1 ч до однородности, затем вводят 2% 50%-ного раствора перекиси дикумила в дибутилфталате и снова перемешивают в течение 0,5-1,0 ч.

Связующее №2.

В реактор помещают (вес.ч.) 16,2 изометилтетрагидрофталевого ангидрида. Включают мешалку, которая работает до конца процесса. В слабом токе инертного газа порциями (во избежание выброса реакционной массы из реактора) вначале медленно, а затем быстрее загружают 6,2 моноэтаноламина таким образом, чтобы температура в массе не поднималась выше (120±2)°С за счет экзотермичности реакции ангидрида и моноэтаноламина, после чего включают обогрев реактора и повышают температуру до (180±5)°С за 1,0-1,5 ч. Обогрев отключают, когда конденсат перестает отгоняться из реакционной массы и кислотное число продукта циклодегидратации первоначально образующейся N-( -оксиэтил)-1,2-амидоизометилтетрагидрофталевой кислоты будет не выше 5 мг КОН/г.

Реакционную массу охлаждают до (75±5)°С и добавляют в нее 9,5 малеинового ангидрида, 0,05 гидрохинона, 0,05 тетрабутоксититана и 0,05 тиурама Д. Температуру повышают до 110-120°С и выдерживают 1,0-1,1 ч. После этого загружают 9,6 трис-( -оксиэтил) изоцианурата, поднимают температуру до 180-185°С за 1,0-1,5 ч.

Проводят поликонденсацию при этой температуре до кислотного числа (40±3) мг КОН/г. Полученный ненасыщенный азотсодержащий полиэфир в количестве 39,6 охлаждают до 140-145°С и сливают в смеситель при работающей мешалке, где находится 48,7 олигоэфиракрилата ТГМ-3, предварительно ингибированного 0,3 бензохинона. Раствор перемешивают в течение 0,5 ч. Далее при 40-50°С загружают 12,1 эпоксидной смолы ЭД-22, 0,35 тетрабутоксититана и 0,5 сиккатива ЖК-12 и перемешивают еще в течение 0,5 ч. Затем добавляют 2% 50%-ного раствора перекиси дикумила в дибутилфталате и снова перемешивают в течение 0,5-1,0 ч.

Примеры получения электроизоляционного материала.

Пример 1.

1 стадия. Стеклоткань с поверхностной плотностью 27 г/м² пропитывается в ванне, содержащей раствор в толуоле натурального каучука с концентрацией 2,7%, на пропитанную стеклоткань непрерывно укладывается слюдяная бумага на основе мусковита с поверхностной плотностью 50 г/м², и полученное стеклослюдяное полотно поступает в первую сушильную камеру с температурой 100-130°С. Из сушильной камеры стеклослюдяное полотно поступает на приемный механизм и сматывается в рулон.

2 стадия. Рулон стеклослюдяного полотна с отпускного механизма направляется в пропиточный узел, содержащий связующее для пропитки на основе ненасыщенного азотсодержащего полиэфира, полимеризационноспособного разбавителя и целевых добавок: свободнорадикального инициатора, ингибитора и ускорителя (связующее №1).

Пропитанное стеклослюдяное полотно поступает в первую сушильную камеру с температурой 30-60°С и на выходе из сушильной камеры совмещается с полиэтилентерефталатной пленкой толщиной 0,01 мм с нанесенным на внутреннюю поверхность слоем эпоксидно-полиэфирного лака ЭП-934С.

Перед совмещением пленка лакировалась и подсушивалась во второй сушильной камере при температуре 30-40°С.

Готовый электроизоляционный материал поступает на приемный механизм и сматывается в рулон.

Содержание связующего в готовом электроизоляционном материале от 25 до 35 мас.%, электрическая прочность не менее 50 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь запрессованной изоляции не более 0,25 при температуре 155°С.

Пример 2.

1 стадия. Стеклоткань с поверхностной плотностью 38 г/м² пропитывается в ванне, содержащей раствор в толуоле натурального каучука с концентрацией 2,7%, на пропитанную стеклоткань непрерывно укладывается слюдяная бумага на основе мусковита с поверхностной плотностью 60 г/м², и полученное стеклослюдяное полотно поступает в первую сушильную камеру с температурой 100-130°С.

Из сушильной камеры стеклослюдяное полотно поступает на приемный механизм и сматывается в рулон.

2 стадия. Технологический процесс аналогичен 2 стадии примера 1.

Содержание связующего в готовом электроизоляционном материале от 25 до 35 мас.%, электрическая прочность не менее 45 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь запрессованной изоляции не более 0,25 при температуре 155°С.

Пример 3.

1 стадия. Стеклоткань с поверхностной плотностью 45 г/м² пропитывается в ванне, содержащей раствор в толуоле натурального каучука с концентрацией 2,7%, на пропитанную стеклоткань непрерывно укладывается слюдяная бумага на основе мусковита с поверхностной плотностью 70 г/м², и полученное стеклослюдяное полотно поступает в первую сушильную камеру с температурой 100-130°С.

Из сушильной камеры стеклослюдяное полотно поступает на приемный механизм и сматывается в рулон.

2 стадия. Технологический процесс аналогичен 2 стадии примера 1.

Содержание связующего в готовом электроизоляционном материале от 25 до 35 мас.%, электрическая прочность не менее 40 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь запрессованной изоляции не более 0,25 при температуре 155°С.

Пример 4.

1 стадия. Технологический процесс аналогичен 1 стадии примера 1.

2 стадия. Рулон стеклослюдяного полотна с отпускного механизма направляется в пропиточный узел, содержащий связующее для пропитки на основе ненасыщенного азотсодержащего полиэфира, полимеризационноспособного разбавителя и целевых добавок: свободнорадикального инициатора, ингибитора, ускорителя, латентного катализатора - тетрабутоксититана и эпоксидной смолы ЭД-22 (связующее №2).

Пропитанное стеклослюдяное полотно поступает в первую сушильную камеру с температурой 30-60°С и на выходе из сушильной камеры совмещается с полиимидной пленкой толщиной 0,03 мм с нанесенным на внутреннюю поверхность слоем эпоксидно-полиэфирного лака ЭП-934С.

Перед совмещением пленка лакировалась и подсушивалась во второй сушильной камере при температуре 30-40°С.

Готовый электроизоляционный материал поступает на приемный механизм и сматывается в рулон.

Содержание связующего в готовом электроизоляционном материале от 25 до 35 мас.%, электрическая прочность не менее 50 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь запрессованной изоляции не более 0,25 при температуре 180°С.

Пример 5.

1 стадия. Технологический процесс аналогичен стадии 1 примера 2.

2 стадия. Технологический процесс аналогичен стадии 2 примера 4.

Содержание связующего в готовом электроизоляционном материале от 25 до 35 мас.%, электрическая прочность не менее 45 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь не более 0,25 при температуре 180°С.

Пример 6.

1 стадия. Стеклоткани с поверхностной плотностью 38 г/м² и 45 г/м² пропитываются соответственно в нижней и верхней ваннах пропиточного узла машины, содержащие раствор в толуоле натурального каучука с концентрацией 2,7%. Пропитанная стеклоткань из нижней ванны совмещается со слюдяной бумагой на основе мусковита с поверхностной плотностью 70 г/м², пропитанная стеклоткань из верхней ванны укладывается на слюдяную бумагу сверху, и полученное стеклослюдяное полотно поступает в первую сушильную камеру с температурой 100-130°С.

Из сушильной камеры стеклослюдяное полотно поступает на приемный механизм и сматывается в рулон.

2 стадия. Рулон стеклослюдяного полотна с отпускного механизма направляется в пропиточный узел, содержащий связующее №2.

Пропитанное стеклослюдяное полотно поступает в первую сушильную камеру с температурой 30-60°С.

Готовый электроизоляционный материал поступает на приемный механизм и сматывается в рулон.

Содержание связующего в готовом электроизоляционном материале от 30 до 40 мас.%, электрическая прочность не менее 25 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь запрессованной изоляции не более 0,25 при температуре 155°С.

Пример 7.

1 стадия. Технологический процесс аналогичен 1 стадии примера 6. При этом в качестве двух подложек используют стеклоткань с поверхностной плотностью 45 г/м²и слюдяную бумагу на основе мусковита с поверхностной плотностью 70 г/м ².

2 стадия. Технологический процесс аналогичен 2 стадии примера 6. Содержание связующего в готовом электроизоляционном материале от 30 до 40 мас.%, электрическая прочность не менее 20 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь запрессованной изоляции не более 0,25 при температуре 155°С.

Пример 8.

1 стадия. Технологический процесс аналогичен 1 стадии примера 6. При этом в качестве двух подложек используют стеклоткань с поверхностной плотностью 45 г/м² и слюдяную бумагу на основе мусковита с поверхностной плотностью 90 г/м.

2 стадия. Технологический процесс аналогичен 2 стадии примера 6. Содержание связующего в готовом электроизоляционном материале от 30 до 40 мас.%, электрическая прочность не менее 18 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь запрессованной изоляции не более 0,25 при температуре 155°С.

Пример 9.

1 стадия. Технологический процесс аналогичен 1 стадии примера 6. При этом в качестве двух подложек используют стеклоткань с поверхностной плотностью 45 г/м² и слюдяную бумагу на основе мусковита с поверхностной плотностью 120 г/м² .

2 стадия. Технологический процесс аналогичен 2 стадии примера 6. Содержание связующего в готовом электроизоляционном материале от 35 до 45 мас.%, электрическая прочность не менее 30 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь запресованной изоляции не более 0,25 при температуре 155°С.

Пример 10.

1 стадия. Технологический процесс аналогичен 1 стадии примера 6.

2 стадия. Рулон стеклослюдяного полотна с отпускного механизма направляется в пропиточный узел, содержащий связующее №2.

Пропитанное стеклослюдяное полотно поступает в первую сушильную камеру с температурой 30-60°С.

Готовый электроизоляционный материал поступает на приемный механизм и сматывается в рулон.

Содержание связующего в готовом электроизоляционном материале от 30 до 40 мас.%, электрическая прочность не менее 25 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь запрессованной изоляции не более 0,25 при температуре 180°С.

Пример 11.

1 стадия. Технологический процесс аналогичен 1 стадии примера 7.

2 стадия. Технологический процесс аналогичен 2 стадии примера 10. Содержание связующего в готовом электроизоляционном материале от 30 до 40 мас.%, электрическая прочность не менее 20 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь запрессованной изоляции не более 0,25 при температуре 180°С.

Пример 12.

1 стадия. Технологический процесс аналогичен 1 стадии примера 8.

2 стадия. Технологический процесс аналогичен 2 стадии примера 10. Содержание связующего в готовом электроизоляционном материале от 30 до 40 мас.%, электрическая прочность не менее 18 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь запрессованной изоляции не более 0,25 при температуре 180°С.

Пример 13.

1 стадия. Технологический процесс аналогичен 1 стадии примера 9.

2 стадия. Технологический процесс аналогичен 2 стадии примера 10. Содержание связующего в готовом электроизоляционном материале от 35 до 45 мас.%, электрическая прочность не менее 30 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь запрессованной изоляции не более 0,25 при температуре 180°С.

Характеристики электроизоляционных материалов по примерам 1-13 представлены в табл.1 и 2.

Таблица 1
Характеристика	Предлагаемый электроизоляционный материал (ЭИМ) по примерам:					Известный ЭИМ (аналог)
	1	2	3	4	5
Номинальная толщина, мм	0,08	0,10	0,13	0,10	0,13	0,13
Средняя электрическая прочность, кВ/мм, не менее	50	45	40	50	45	30
Удельная разрушающая нагрузка при растяжении, Н/мм, не менее	70	120	150	80	100	120
Содержание связующего вещества, мас.%	25-35	25-35	25-35	25-35	25-35	25-35
Гарантийный срок хранения при температуре 15-35°С, мес.	6	6	6	6	6	3
Класс нагревостойкости, °С	155 (F)	155 (F)	155 (F)	180 (H)	180 (Н)	130 (В)
Тангенс угла диэлектрических потерь при температуре:
155°С	0,25	0,25	0,25	-	-	-
180°С	-	-	-	0,25	0,25	-

Таблица 2
Характеристика	Предлагаемый электроизоляционный материал (ЭИМ) по примерам:								Известный ЭИМ
	6	7	8	9	10	11	12	13	(аналог)
Номинальная толщина, мм	0,13	0,15	0,17	0,20	0,13	0,15	0,17	0,20	0,15
Средняя электрическая прочность, кВ/мм, не менее	25	20	18	30	25	20	18	30	18
Удельная разрушающая нагрузка при растяжении, Н/мм, не менее	240	240	240	240	240	240	240	240	240
Содержание связующего вещества, мас.%	30-40	30-40	30-40	35-45	30-40	30-40	30-40	35-45	30-40
Гарантийный срок хранения при температуре 15-35°С, мес.	6	6	6	6	6	6	6	6	3
Класс нагревостойкости, °С	155 (F)	155 (F)	155 (F)	155 (F)	180 (H)	180 (H)	180 (H)	180 (H)	130 (В)
Тангенс угла диэлектрических потерь при температуре:
155°С	0,25	0,25	0,25	0,25	-	-	-	-	-
180°С	-	-	-	-	0,25	0,25	0,25	0,25	-